— 5 — SLoC 2019.1 基于马尔科夫链理论的区块链建模与性能分析* 赵全鑫 （四川灵通电讯有限公司技术中心，四川绵阳 621000） 摘 要：区块链是计算机和通信网络领域一种新兴应用模式，受到工业界和学术界广泛关注。区块链应用呈现爆发性增长，而理论基础尚未成熟。在强调指挥和控制数据完整性以保障重点用户需求为首要原则的军事通信领域，区块链的研究仍是一个开放问题，亟待开展性能分析研究。首先，提出基于马尔科夫链理论的性能分析模型来建模区块链工作过程。其次，推导模型的系统稳态性能理论值。最后，仿真验证所提模型的准确性，分析区块数量、交易数量和网络时延对区块链性能的影响。 关键词：区块链；军事通信；马尔科夫链 Performance Analysis of the Blockchain Based on Markovian Chain ZHAO Quan-xin （Dept. of Technology Center, Sichuan Netop Telecom Co, Mianyang Sichuan 621000） Abstract：Blockchain is a novel application in the area of computing and communications, attracting variety of attentions from both academia and industry. There exists weak theory basis for the blockchain though it has an explosive increase in the application. It is an open issue to apply the blockchain in military communications, aiming at guaranteeing data integrity in command and control as well as important users’ necessities. It is necessary to study performance analysis of the blockchain. First, this paper proposes an Markovian chain based performance analysis model to describe the working process of blockchain. Second, the stable distribution in theory of the proposed model is derived. Last, the performance of blockchain is analyzed by simulation to demonstrate the model accuracy. Simulation results find the number of blocks, the number of transactions, and network delay have effect on the performance of blockchan. Key words：Blockchain; Military Communication; Markovian Chain 0 引言 在全球兴起10年左右的区块链技术起源于中本聪的论文[1]，该技术作为比特币的底层关键技术和基础架构，其广泛的应用领域涉及金融资产交易、供应链、智能制造、物联网、网络安全与身份管理等[2]，如图1所示。作为一种包含分布式数据存储、点对点传输、共识机制、加密算法等技术的新型应用模式，区块链吸引了美国、日本和欧盟等国家组织以及IBM、微软等IT巨头在内的大量参与方。中国已经推出首个区块链参考架构标准[3]，并且在“十三五”信息规划中多次提及具有战略性和前沿性的区块链技术[4]。 区块链技术利用一个去中心化的数据库，使用密码学方法产生一串相关联的数据块，该技术的战略意义已经得到公认。除了在民用领域的广泛使用外，该技术 也同样适用于军事领域，这在国外军事报道中已经初见端倪。首先，数据完整性特别是指挥和控制信息完整性对军事领域来说非常重要。其次，军事通信领域的首要原则是要保障重点用户需求。目前区块链的军事应用机构涉及北约通信与信息处（NATO Communications and Information Agency）、美国国防部（DoD）、美国国防高级研究计划局（DARPA）、美国国家航空航天局（NASA）等，其军事应用领域如图2所示[5]。